年度项目结题报告Word文档下载推荐.docx
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日至
2
日
14
时[2]，全境遭受了
50
年以来最严重的大面积雪凝天气，电网因冰害引起
500kV
线路停运
条，220kV
46
条，110kV
与以上累计受灾共计
312
条线路停运，
倒杆塔
302
基，断线
393
处，受到损害的电力线路共达
4146
条，造成
44
个县市遭受大面积
停电，全省电网解列为五个小网。
有些地区的输电线路覆冰甚至达到
40mm
以上，是导线直
径的数倍。
可见，覆冰荷载对于输电线路的影响是不可忽略的。
随着国家经济的不断发展，
电网的建设越来越重要，如何能够减少寒冷地区输电线路因覆冰而造成的经济损失成为了一
个重要的研究方向。
在这个大背景下，进行对输电线路覆冰分布的实验研究，并在此基础上
观察输电线路覆冰的过程，分析覆冰对输电线路力学性能的影响变得格外重要。
除此之外，从土木工程灾害防御[3]的角度来分析输电线路因雪灾而损毁的问题，不难发
现：
输电线路与杆塔因覆冰而损毁的主要原因在于杆塔等结构构件的受力失衡，其中覆冰荷
载扮演了灾害性荷载的角色。
如果能够通过实验发现输电线路覆冰后的力学性能变化规律，
进而分析杆塔等构件在雪灾过程中的失效原理，就能设计出更加稳定的杆塔结构，有效的减
少雪灾所带来的损失，即从土木工程的角度来防治灾害。
而获得输电线路覆冰后的有关数据
和力学性能变化规律，则是解决问题的出发点和突破口。
2主要研究容
1、进行输电线路的覆冰实验，观测并记录输电线覆冰的形状，覆冰分布状况，覆冰厚度,
覆冰质量。
2、分析实验数据，得到输电线覆冰分布的规律。
3、对比冰区划分规，根据实验结果，对地区的冰区划分给予建议。
3覆冰实验方案、实验数据与分析
3.1
输电线路覆冰实验方案与原始实验数据
3.1.1
预实验
预实验可以比较得出造雪机覆冰效果最佳的喷射距离和喷射角度，进行预实验，有利于
使覆冰实验现象明显，便于观察。
1、实验步骤：
（1）利用造雪机向结构直杆（约
2m
高）分别在距离
4m、6m、8m
处进行覆冰操作，覆冰
时长
5
分钟，观测结构直杆的覆冰情况，比较出最佳覆冰距离，并拍摄照片。
（2）利用造雪机向结构直杆（约
高），在已经确定的最佳覆冰距离处，改变喷射角度
进行覆冰操作，覆冰时长
分钟，观测结构直杆的覆冰情况，比较出最佳覆冰角度，并拍摄
照片。
图
2、实验结论：
根据实验效果（如图
所示），比对后最终确定距造雪机
6m
远模拟效果
最好，最佳喷射角度为平射。
3.1.2
第一次覆冰实验
利用造雪机进行覆冰操作，模拟自然状态下输电线覆冰，观测覆冰的分布，覆冰截面的
形状，覆冰厚度与覆冰质量。
通过分析实验原始数据，进一步得出输电线覆冰的规律。
1、实验温度：
-4
摄氏度。
2、实验研究对象：
一根质量为
144.1g，总长度
2
米，试件架上跨度
1.2
米，垂度
20cm
左右，直径
1.05cm
的输电线。
3、实验步骤：
（1）购买输电线、网格纸，搭建试件架，架设输电线。
（2）选取温度适宜（要求温度低于-5
摄氏度），同时避免扰民（在
22
点前结束实验）
的时间段进行实验。
3
（3）启动造雪机，向输电线进行覆冰操作，时长
分钟。
（4）关闭造雪机，将覆冰后的输电线挂到室外一晚，使得造雪机喷射的水含量较大的雪
得以冰冻密实。
（5）次日早
6
点之前（防止室外温度过高导致覆冰融化）进行覆冰分布的观测，覆冰厚
度的测量，并拍摄照片。
（6）重复进行实验，获取更多实验数据，使实验结果更具有普遍性。
4、覆冰截面形状：
近似椭圆形。
5、实测结果，如表
所示，实验现象如图
所示：
表
第一次覆冰实验实测结果
项目实测结果
截面长轴长度/cm1.32
截面短轴长度/cm1.18
覆冰质量/g112.2
ABC
3.1.3
第二次覆冰实验（两根输电线）
-7
两根质量为
点前结束实验）的
时间段进行实验。
4
5、实验现象：
两根输电线上分布
7
块较为完整的冰柱，4
块位于第一根输电线上，3
块
位于第二根输电线上，分别标记为序号
I
至
VII，可得如下实测结果。
6、实测结果
覆冰厚度、长度、质量等实测结果如表
4
所示，冰柱序号划分与实验现象如图
3
至
所示。
冰柱序号划分
覆冰厚度实测结果
序号截面位置上端冰厚度
/mm
下端冰厚度
截面短轴长
截面长轴长
I
II
III
IV
V
VI
左
18
22
中
27
右
20
24
11
23
0
13
25
25
19
21
20
15
10
12
8
16
15
16
右832030
VII左2712535
5
中2712535
右2602530
覆冰长度实测结果
序号覆冰长度/mm
I181
II200
III破损
IV116
V259
VI168
VII破损
覆冰质量实测结果
序号覆冰质量/g
第一根输电线45.8
第二根输电线104.0
AB
第二次覆冰实验整体效果
6
第二次覆冰实验截面形状与测量
3.2
实验数据的进一步分析
通过将覆冰实验中获得的覆冰厚度、覆冰质量等数据与输电线本身的一些数据进行对比可
以分析得出输电线覆冰对其力学性能的影响。
同时，分析输电线覆冰厚度沿输电线横向的变
化规律可以得到输电线覆冰的分布特点。
再进一步对比冰区划分规，可以给出地区的冰区
划分建议。
3.2.1
第一次覆冰实验覆冰厚度分析
将输电线覆冰厚度取平均值，用覆冰厚度平均值的两倍作为截面总覆冰厚度，将其与输电
线直径做比率，可分析出输电线覆冰对其截面面积的影响，结合覆冰将输电线的圆截面改变
为椭圆截面，可以分析覆冰对输电线所受风荷载的增大程度。
针对表
数据进行进一步分析得表
结果如下：
第一次覆冰实验数据分析
测量位置覆冰厚度平均值/mm总覆冰厚度与输电线直径比
率
沿截面长轴方向1.3525.71%
沿截面短轴方向0.6512.38%
3.2.2
第二次覆冰实验覆冰厚度分析
第二次覆冰实验数据分析
序号截面位置覆冰厚度平均值/mm总覆冰厚度与输电线
直径比率
左4.585.71%
95.24%
5.5
104.76%
7
VII
6.5
123.81%
0%
152.38%
3.5
66.67%
2.5
47.62%
1.5
28.57%
19.05%
266.67%
右13247.62%
由表
和表
数据可发现，总覆冰厚度与输电线直径比率很高，会使输电线截面面积大
幅度增大，大幅增大输电线所受风荷载。
对两根输电线，研究从左至右的输电线覆冰厚度平均值的变化情况，如图
和图
第一根输电线覆冰厚度变化图
由图
可以看出，除去
号标记点后，第一根输电线覆冰厚度呈现中间厚左右薄的分布
形态，且实际观测过程中，第一根输电线整体覆冰分布呈现分块的状态，块与块之间覆有
1mm
厚的细冰层。
在实验过程中发现，由于覆冰在输电线上吸附力不足，且造雪机风力很大，输
电线受风舞动严重，导致覆冰脱落，最终形成分块分布的覆冰情况。
号点、细冰层与分块
分布均由此产生。
自然条件下，跨度远大于
时，覆冰在输电线上吸附力较大，输电线受
风舞动也会减轻，此时输电线覆冰应连续完整。
8
第二根输电线覆冰厚度变化图
号点后，1、2、3、4、6
五个点覆冰厚度变化情况与图
规律
类似，但
7、8、9
三个点出现反常。
在实验过程中发现，由于覆冰过程中，试件架顶部横梁
也会覆冰。
且由于覆冰过程中，冰晶没有凝结，导致顶部横梁的覆冰有时会下落，若其下落
过程中覆在输电线上，会导致输电线覆冰厚度反常增大。
三个点均由此产生。
将
号点剔除，将
三个点向下平移，发现图
所得覆冰厚度变化规律与图
相似。
3.2.3
覆冰质量分析
将三根输电线覆冰质量与输电线质量做比率，可以分析覆冰对输电线自重的影响程度。
针对覆冰质量实测数据进一步分析得表
覆冰质量数据分析
实验次数第一次第二次第三次
覆冰质量/g112.245.8104.0
覆冰质量与输电线质
量比率77.86%
31.78%
72.17%
数据可发现，覆冰质量与输电线质量比率很高，大幅度增加了输电线自重，对输电
线力学性能影响较大。
综合分析覆冰质量与输电线质量比率、总覆冰厚度与输电线直径比率两个数据，可以得出，
覆冰对输电线自重和输电线所受风荷载影响很大。
在输电线路、杆塔结构设计中，覆冰荷载
应是一个重要的考虑方向。
3.3
对比现行冰区划分规
目前，超高压输电线路（110kV
以上）冰区划分如下表
和
9
所示[4]：
超高压输电线冰区划分[4]
9
冰区等级0IIIIIIIVV
气象区名称无冰区轻冰区中冰区重冰区特重冰区超重冰区
覆冰厚度/mm0510203040
110kV
220kV
线路电压/kV110220
气象区名称轻冰区重冰区轻冰区重冰区
覆冰厚度/mm520520
本次实验中，所得覆冰厚度大多在
5mm-10mm
之间，因此建议地区冰区划分为中冰区，
此时偏于安全。
4结束语
实验验证了利用造雪机进行输电线覆冰的可行性，并分析了实验操作过程中需要注意的
事项。
通过实验数据，发现了输电线覆冰分布的规律，还发现了覆冰对输电线的自重和所受
风荷载的影响规律。
由实验数据，对比现行冰区划分规，可以给出地区的冰区划分情况。
覆冰荷载在输电线路、杆塔结构设计中占有重要地位，是一个主要的考虑方向。
相信对覆冰
荷载研究的逐渐加深，一定会给土木工程结构设计带来助力。
5参考文献
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国特.
风力发电机叶片覆冰预测与覆冰对机组出力影响研究[D].
：
华南理工大学，
2014.
[2]
吴阳.
电力系统架空输电线融冰措施的分析研究[A].
年抗冰保电优秀论文集[C].
[3]
礼立、曲哲.
论土木工程灾害与其防御[A].
[4]
蔡钢，亚波.
林易.输电线路冰区等级划分与工程造价分析[A].
科技兴电.
10
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